土壤低浓度PAHs胁迫下赤子爱胜蚓差异表达基因初步筛选

为探索土壤低浓度多环芳烃污染的生态毒性及其对土壤生物的致毒机理，本论文初步研究了菲、芘、荧蒽和苯并[a]芘等四种多环芳烃人工土壤污染在0.1mg.kg-1~10.0mg.kg-1浓度水平对赤子爱胜蚓（Eisenia fetida）产卵量、体重变化、排卵激素annetocin基因和翻译控制肿瘤蛋白（translationally controlled tumor protein, TCTP）转录水平的影响，发现在相同的低浓度水平下，只有苯并[a]芘对蚯蚓annetocin前体基因和TCTP基因的表达有显著影响，故其对生物体的生殖风险和致癌风险可能最大。另一方面，低浓度苯并[a]芘对蚯蚓体重和产茧量并无显著影响，这表明基因表达水平作为污染生态监测指标比宏观观测指标更灵敏。 为进一步研究土壤PAHs污染的生态毒性效应，在上述研究基础上，我们采用SSH-PCR的方法构建了人工土壤1.0mg.kg-1苯并[a]芘胁迫下的蚯蚓与对照组蚯蚓之间的消减cDNA文库，随机挑取上调文库301个克隆及下调文库283个克隆进行测序，与NCBI蛋白数据库比对结果表明，其中有391个克隆与已知的75种蛋白质基因显著匹配（期望值< 10-5），其余克隆匹配不显著（期望值> 10-5）或找不到匹配蛋白。显著匹配的基因序列包括：一相解毒酶细胞色素P450，二相解毒酶谷胱甘肽硫转移酶，蛋白质合成所需的核糖体蛋白亚基，参与新合成肽链折叠的热休克蛋白，线粒体基因组编码的呼吸链复合酶体亚基，过氧化物还原蛋白，铁蛋白，钙结合蛋白，半胱氨酸蛋白酶等。表明低浓度苯并[a]芘胁迫引起蚯蚓的生理变化是非常复杂的，涉及污染物降解与解毒、抗氧化保护、能量代谢、蛋白质合成、金属离子调节与蛋白质降解等过程。 Real-time PCR检测验证消减文库中部分差异基因对不同剂量BaP胁迫响应结果表明，各检验基因序列受1.0 mg∙kg-1 BaP 胁迫影响均与消减结果一致，且影响程度均高于0.1 mg∙kg-1浓度水平的BaP；其中，在0.1 mg∙kg-1 BaP胁迫下，过氧化物还原酶PRDX和类似Cyp2R1的P450基因表达未见明显变化。其余的HSP70、HSP90、rpL10、COXⅡ、SCBP、Ferritin等基因在0.1 mg∙kg-1 BaP胁迫组蚯蚓中均有检测到预期表达变化，说明虽然从消减文库中获得的基因在一定的污染物浓度范围内均表现浓度效应，但各个基因对污染物的响应浓度不尽相同。 Real-time PCR检测消减文库中部分差异基因对不同PAHs胁迫响应结果表明，1.0 mg∙kg-1 浓度水平的荧蒽、菲、芘和苯并[a]芘对差异表达基因的影响不尽相同，主要有以下三种情况：(1)广谱响应型：蚯蚓线粒体编码的亚基COXⅡ、可溶性钙结合蛋白、铁蛋白等基因对荧蒽、菲、芘及苯并[a]芘的胁迫均有相似的响应；(2)随芳烃环数而变化型：热休克蛋白HSP70和过氧化物还原酶PRDX表现出响应程度随胁迫多环芳烃的环数增加而提高的现象；(3)仅在苯并[a]芘中有响应型：核糖体蛋白亚基L10和细胞色素P450（类似Cyp2R1）基因，在1.0 mg∙kg-1浓度条件下，它们仅受BaP诱导表达，而芘、菲和荧蒽却没有显示诱导作用。 上述结果表明，在土壤中的低浓度的多环芳烃污染胁迫对蚯蚓的影响是多方面的，这些影响至少涉及能量代谢、污染物降解与解毒、蛋白质合成与修复、信号转导、细胞凋亡、排卵生殖、个体发育等多方面的生理功能。目前蚯蚓基因组还未有完整测序，本文论述的多个差异表达基因是首次在蚯蚓中发现的，这些新发现的基因序列在为低浓度PAHs的生态毒性机理研究提供依据的同时，也为以蚯蚓为模式生物的土壤污染生物监测提供了备选的生物分子标记。另一方面，由于蚯蚓基因组未完整测序，本研究构建的消减文库中仍不少未知功能基因，其功能与调控有待进一步研究。

老秃顶子自然保护区北坡森林土壤动物多样性研究

土壤动物区系是分解者食物网的重要组成部分，在分解作用、养分循环和土壤肥力保持中起重要的作用。论文以辽宁老秃顶子北坡森林生态系统为研究对象，综合运用野外调查、室内分析和多元统计方法，对土壤动物组成和多样性随海拔梯度变化（海拔>700m）、典型天然次生林土壤动物组成与多样性（海拔<700m）、典型人工林土壤动物群落组成和多样性等问题进行定量分析研究，旨在揭示土壤动物生态分布规律，为生态系统生物多样性保护和恢复提供数据支持。 研究结果表明：（1）采集的主要土壤动物隶属于7门、11纲、18个目，其中蜱螨4亚目、41科，中气门亚目26个属；土壤动物类群数量与密度的对数值呈极显著线性正相关关系。（2）无论是天然林，还是人工林，不同林型间大型土壤动物密度和组成有显著差异，除天然赤松林外，其他样地蜱螨密度、多样性指数差异多不显著；（3）各海拔群落间土壤动物密度随海拔梯度的升高呈现先下降后升高、之后又下降的趋势；（4）不同海拔高度，相邻群落螨类共有度高，低海拔相邻群落共有度大于高海拔相邻群落螨类共有度（5）天然林大型土壤动物优势类群多为腹足纲、后孔寡毛目（蚯蚓）和膜翅目；人工林大型土壤动物优势类群为膜翅目；无论天然林群落还是人工林群落，奥甲螨科均为螨类优势类群。（6）土壤动物群落沿海拔的垂直分布可划分为：海拔<1100m的低海拔土壤类群带和海拔>1100m的高海拔土壤动物类群；（7）典型天然次生林（海拔<700m）土壤动物群落可划分为阔叶林土壤动物群落、天然油松林土壤动物群落、天然赤松林土壤动物群落。（8）植被类型、乔木多样性和坡向是影响土壤动物组成和分布的重要因素。

沙地樟子松水分生理生态特征及其适应性——以科尔沁沙地东南缘为例

沙地樟子松天然分布于大兴安岭以西的呼伦贝尔草原红花尔基一带，分布范围虽然相对狭窄，但其具有重要的防风、固沙等生态功能，而且，该区沙地樟子松林的分布范围正呈现不断扩大的趋势。然而，在引种区（科尔沁沙地东南缘），20世纪70~80年代曾经引起国际关注的沙地樟子松人工林，自从90年代初以来，逐渐出现了以枯梢、生长下降，甚至死亡等为特征的衰退现象。与此同时，沙地樟子松人工造林仍在北方干旱、半干旱沙区大面积推广。面对如此具有重要防风固沙作用并在大范围推广的沙地樟子松人工林，解释其为何衰退，其机理如何，回答现存沙地樟子松人工林发展方向及培育等理论和实践问题，成为目前面临的巨大挑战。 本论文在对沙地樟子松天然分布区与引种区野外调查、气候差异性对比分析的基础上，结合对引种区沙地樟子松幼苗、幼树及中龄林的水分生理生态过程实验，研究了沙地樟子松在引种区自然条件和干旱胁迫下的光合生理和水分生理生态特征；重点分析了水势、气孔导度等生理因素和土壤含水量、光合有效辐射、气温、空气相对湿度等生态因素对净光合速率、蒸腾速率的影响。结果表明： 1）较低、较长的低温和降雪覆盖有利于沙地樟子松更好的生长；运用De Martonne干燥度指数对气候类型进行划分，沙地樟子松引种区（科尔沁沙地东南缘）生态系统应为草地或疏林草地生态系统。 2）引种区近50 a来年平均温度存在着明显的线性上升，平均每10 a增温0.185 ℃；该区年平均降水量没有显著的变化趋势，但是，在过去的50 a里，该区平均每15 a 左右出现1次大旱。 3）在引种区多年年平均降水量条件下，沙地樟子松幼苗80%以上的时间处于受胁迫的状态，17%的时间处于不受水分胁迫的状态，而仅有1%左右的时间处于不能利用土壤水分的状态；在不同密度、不同年龄的沙地樟子松人工林中，土壤可溶性盐总量都很低，对沙地樟子松林木生长不会造成盐分胁迫；由于地下水位的急速下降，目前，引种区大部分地方地下水不能被沙地樟子松所利用。 4）随着模拟年降水量的减少，沙地樟子松幼苗的生长明显受到抑制，针叶水势、蒸腾速率、光合速率均有下降，各部分生物量积累明显降低；当模拟年降水量低于350 mm时就已经对沙地樟子松的生长产生了较大的限制。 5）在科尔沁沙地东南缘，影响沙地樟子松生理生态特征的主要因素为水分条件，特别是在树高生长旺季以及生长末期，而在生长中期，主要是光照和水分共同影响沙地樟子松的生长；在沙地樟子松天然分布区（红花尔基），影响沙地樟子松生长季节中期生理生态特征的主要因素也是水分和光照条件，这与在科尔沁沙地东南缘樟子松生长中期观测到的结论一致。然而，与天然沙地樟子松相比，引种区沙地樟子松每天干物质的积累增加为天然分布区的3~13倍，每天蒸腾耗水量为天然分布区的7~19倍。 综合以上对引种区的生态气候、水分条件以及沙地樟子松本身生理生态特征的分析结果得出，引种区与天然分布区水、热差异导致引种区沙地樟子松在年内的生长期延长（与天然沙地樟子松相比），以及在生长季节每天蒸腾耗水量的剧增及耗水时间的延长；同时，在引种区由于年内降水分布极不均衡，冬季降雪覆盖少，导致4、5、9三个月份的水分极度亏缺，该季节引种区水分亏缺严重限制了沙地樟子松的生长。大面积营造纯林、地下水位急剧下降（目前，引种区大部分林地的沙地樟子松已不能利用地下水）以及引种区每15 a左右一次的特殊干旱是导致沙地樟子松死亡的最直接原因。从个体水平上来说，近50 a的引种驯化，沙地樟子松并没有完全表现出适应引种区生长环境的迹象。最后，基于以上对沙地樟子松人工林衰退分析的基础上，提出了对现存沙地樟子松人工林总体经营的方向及具体经营对策。

半干旱风沙区植物功能特性与植物功能型研究

半干旱风沙区是我国北方土地沙漠化严重的生态脆弱地区，建设和保护本区植被是生态建设和环境保护的当务之急。为了深入了解半干旱风沙区的植被的组成和演替动态，为当地的植被管理提供建议，本文以科尔沁沙地乌兰敖都地区为例，比较系统地探讨了本区植被的数量特征、筛选出90种具有代表性的植物种类，研究了各物种的62种功能特性、并对代表种进行植物功能型划分，从植物功能特性和功能型的角度分析了半干旱风沙区植被的分布动态和管理。 研究结果表明：（1）90种代表植物的38种营养阶段特性和24种繁殖阶段特性之间呈现显著相关（P＜0.05）的特性对的比例要低于营养阶段和繁殖阶段内部，与营养特性显著相关（P＜0.05）的特性对占总显著相关特性对的83.9%，营养特性是植物生长过程中非常重要的特性；（2）应用62种功能特性将90种代表植物划分为6类植物功能型，植物体内氮和钾含量、营养扩散、种子萌发率、叶面积和叶体积等是本区植物重要的功能特性，6类植物功能型分别以豆科植物、菊科植物、多年生C3草本植物、单子叶草本植物、叶片较小的植物和叶片较大植物为主的类群；（3）生长在各种沙丘上的群落类型的功能多样性低于生长在草甸草原和丘间低地植物群落中的功能多样性；（4）土壤有机质、全氮、全磷、地下水位和速效钾是影响植物种类、群落、植物功能特性和功能型分布的重要因素。

岷江上游景观边界网络格局研究及生态效应分析

景观边界是特定时空尺度下相对均质的景观之间所存在的异质性过渡带，作为景观的一个四维组分，边界动态直接反映景观变化，与基于斑块的研究相比，明确景观边界的生态意义是理解景观过程的一个新的切入点。边界效应是景观边界最显著特征之一，也是当前生态学领域的研究热点，但大部分研究集中在生态系统及其以下尺度，对大尺度上的研究涉及内容尚少。 本文以岷江上游地区为例，利用TM影像数据、林相图、土地利用图和野外实测数据，应用RS、GIS、SPSS、Fragstats等软件的数据处理、分析、运算功能，研究了景观边界网络格局的变化，并分析了与之相关的生态过程；研究了类型水平上森林景观的边界效应以及景观尺度上林农复合景观的边界网络效应。旨在揭示岷江上游景观格局的变化趋势及其驱动因子，以及林农复合景观格局的生态效应，从而为研究区土地利用提供科学参考。研究结果如下： （一）在岷江上游地区的13种景观边界类型中，建筑用地边界和农田边界是人工边界，同时也都是清晰边界；但林地、灌木林地、草地等自然景观之间的边界并不都是模糊边界。冰雪边界是典型的随季节变化的变动型边界，其它边界在年内的变化则相对稳定。 （二）在1974-2000年期间，由于人为干扰强度的加剧，岷江上游景观边界网络结构变得更加复杂，在早期以边界长度增加为主，网络连接度变大，在后期以边界数量和结点数量增加为主，网络连接度变小；森林景观与低坡位景观类型间的边界减少，森林下线上移；农田与林地的边界在早期增加，1986年后减少，而与灌木林地的边界持续增加；基于边界特征的格局分析表明，森林景观结构变得简单化，而农田、灌木林地、草地等景观类型的结构变得更加复杂。 在景观水平上，基于边界和结点特征的格局指数与对应的基于斑块特征的格局指数具有基本一致的变化趋势，但基于边界和结点特征的指数对格局的变化更灵敏，在类型水平上，基于结点的格局指数比基于边界的格局指数具有更大的灵敏性，而且前者能够反映出后者反映不出的格局信息。 （三）研究区的农田边界共有5种类型，分别是农田与林地、灌木林地、草地、水体、建筑用地之间的边界，总长6583.4km；其中林农边界长2473.7km，占37.6%，是除灌农边界（占农田边界总长度的44.9%）之外比例最大的农田边界类型，广泛分布在岷江干流及其支流的河谷中，海拔多在1000-3500m之间。 （1）多元线性回归分析结果表明，农田生物量的边界效应深度与海拔和坡度显著相关，与其它因子相关性不大；林地生物量的边界效应深度与海拔和坡向相关性较大，与其它因子相关性不大；林农边界对农田生物量产生正面效应，对林地生物量产生负面效应，且对农田的影响面积大于对林地的影响面积；根据回归方程计算边界效应的影响面积，2000年有14532hm2林地生物量受到林农边界网络的影响，占研究区林地面积的1.2%，有16659 hm2农田生物量受到林农边界网络的影响，占研究区农田面积的22.6%，由于边界位置、长度的变化，不同年间林农边界网络的生态效应也存在差异。 除了生物量，本文还研究了林农边界网络对林地和农田土壤水分和生物多样性的影响： （2）林农边界减少林地和农田边缘的土壤水分，岷江上游有2103 hm2农田和371 hm2林地其土壤水分受到林农边界效应的影响，分别占研究区农田面积的2.3%和林地面积的0.03%。生物多样性受林农边界网络影响的农田面积为4855 hm2，占研究区农田面积的5.37%；生物多样性受林农边界网络影响的林地面积为3401 hm2，占研究区林地面积的0.29%。 上述研究从景观边界网络的角度揭示了岷江上游近三十年的景观变化特征，在印证斑块类型所反映的景观变化特征的同时，还反映出传统格局研究方法反映不出的格局信息，为景观生态学中格局与过程研究提供了新思路，也丰富了边界效应的理论和案例研究，有关结论还可为高山峡谷区土地利用格局优化和实施退耕还林还草工程提供参考依据。

岷江上游地区景观格局与生态承载力变化及预测研究

岷江上游是我国十分典型的山地生态脆弱区。该地区的生态环境意义十分重大，既是长江上游生态屏障的重要组成部分，更是成都平原的重要生态屏障和水源生命线，其生态环境状况直接影响成都平原水资源的质量和数量，以至影响到整个岷江流域甚至整个长江上游的生态环境与社会经济发展。本论文通过3S技术手段，应用转移矩阵、景观指数和Kappa指数系列方法对岷江上游的景观变化从1974到2000年进行了综合分析，同时应用CLUE-S模型在有无“天然林保护工程”两个预案下对该区域2001到2020年的景观变化进行了预测。然后，应用基于能值理论进行改进的生态足迹方法和传统生态足迹方法对岷江上游地区的1982到2000的生态承载力进行了分析，以反映研究区的生态环境质量和可持续发展情况；应用多元统计方法和CLUE-S模型预测的结果预测了研究区2001到2020年的生态足迹和生态承载力。对岷江上游地区的景观格局和生态承载力的变化进行分析和预测得到如下主要结论： 1. 岷江上游地区景观在1974到2000年间格局变化并不十分显著，景观由少数几种景观类型所控制，各景观类型有不断趋于平均化的趋势，但速度缓慢，景观的破碎化程度越来越严重。研究区的景观变化以有林地的不断减少和其它景观类型的相应增加为特点，主要的景观变化发生在有林地、灌木林地、草地、耕地和经济林地之间。此时间段内的景观林地的面积不断减少，大部分转化为灌木林地和草地，使得其面积相应增加。耕地和经济林地面积不断增长，增长速度最为迅速。 2. 在有无“天然林保护工程”两种预案下，有林地向着不同的方向发展，有林地变化情况的不同导致其它景观类型的变化不同。在“无天保”预案下，林地面积不断减少，灌木林地、草地和耕地面积不断增长，景观的破碎化程度不断加剧，斑块形状更加不规划，景观的连通性不断下降。在“天保”预案下，林地面积有增长趋势，灌木林地和草地面积有所下降，耕地面积有下降趋势，景观的破碎化程度有减小的趋势，景观形状变得更加规则，景观的连通性也将得到改善。由此，“天然林保护工程”对景观格局未来变化有着决定性的作用。 3. 岷江上游地区的生态足迹从1982到2000年间呈缓慢的上升趋势，表明研究区内居民的生活水平不断提高，但速度缓慢。虽然研究区在研究时期内的生态承载力大于需求，但生态承载力呈明显的下降趋势，造成这种情况的主要原因是由于资源的不合理利用方式造成的，特别是对森林的过度采伐。连续的木材采伐给岷江上游地区脆弱的生态系统带来严重后果，导致了林地面积减小、森林质量下降、水土流失加剧和泥石流频繁发生。 4. 对于生态足迹和生态承载力在两个预案的预测表明到2020年为止岷江上游地区仍为可持续发展状态。在“无天保”预案下，生态承载力不断下降，生活足迹不断上升，研究区向不可持续的方向发展；在“天保”预案下，生态承载力在2003年后开始逐渐上升，同时，由于木材采伐被禁止，导致岷江上游地区的生态足迹大为下降，研究区将向更加可持续的方向发展。由两种预案的结果对比可以发现1998年开始实施的“天然林保护工程”能够扭转岷江上游地区未来的生态承载力变化方向。生态承载力可以反映生态系统的质量，说明该政策的实施可以有效改善岷江上游地区未来的生态系统。 5. 传统生态足迹方法应用的生物生产能力数据为常量，所以它能够有效地比较不同年份和不同区域间消费数据的变化情况。实际土地需求法应用的生物生产能力和均衡因子均根据研究区实际数据计算得到，其反映研究区的实际情况更为有效。应用能值对生态足迹方法进行改进，改变了传统生态足迹以生物圈为限制的不足。本文改进的方法－区域能值足迹法能够有效地反映研究区的实际情况，同时又能够将科技进步所带来的影响加以考虑。

污染土壤修复基准建立的方法体系、案例研究与评价

为了今后我国在国家层面上建立污染土壤修复基准系统，促进我国国家生态安全体系的建立，本研究对国外发达国家建立污染土壤修复基准的情况进行了系统详细的文献检索。结合一些发达国家土壤修复标准以及我国土壤污染实际情况，提出建立污染土壤修复标准应从多方面综合考虑。并且以铅和乙草胺两种在我国东北地区普遍存在的污染物作为研究对象，首次开展区域水平上建立污染土壤修复基准方法和修复效果评判的尝试性研究。 通过农作物（小麦、大豆和白菜）发芽毒理实验，以食品卫生标准为反推基础的农作物毒物吸收实验，土壤动物毒理实验，生化水平毒理实验，土壤化学毒理实验和土壤酶学水平效应实验得出对土壤中主要组分和功能不产生影响，棕壤中乙草胺和铅浓度阈值。其基准不是所谓的不产生不良或有害影响的最大单一浓度或单一的无作用剂量，而是一个基于不同保护对象的多目标函数或一个范围值，所以对于不同的修复要求和保护对象确定乙草胺的修复阈值为0.4～12mg·kg-1，铅的修复阈值为3.98～793 mg·kg-1。 以沈阳某冶炼厂废弃厂区重金属污染监测为依据，采用美国环保局（US EPA）最新的人类健康风险评价标准方法对冶炼厂废弃地块污染土壤进行评价的结果显示：冶炼厂厂区内土壤污染非常严重；无论是工业用地假设还是休闲用地假设，由无机Cu 造成的人类健康风险在整个风险中所占的比例最大；单纯依靠US EPA 的健康风险评价并不能正确指示出土壤的潜在风险。运用土壤酶、暴露在土壤环境中的陆生植物以及与土壤环境直接接触的无脊椎动物等可靠的生态毒理指标，来判定、评价污染土壤的修复效果是可行的。

固氮树木丛枝菌根真菌（AMF）遗传多样性的研究

丛枝菌根是自然生态系统中分布最广的内生菌根，在促进植物生存与生长、植被恢复以及生物多样性保护等方面有着非常重要的作用。 随着现代分子生物学技术的不断发展，丛枝菌根真菌研究得到空前发展。大量DNA分析新技术在丛枝菌根真菌的分子遗传、分类鉴定、种间及种内亲缘关系、菌株持久性等方面得到应用，与传统菌根研究方法相比，表现出巨大的优越性。 本项研究利用分子生物学技术和研究方法对中国吉林长白山地区非豆科固氮植物以及东北地区固氮树木的丛枝菌根真菌DNA分子多态性及其与宿主植物之间的相互关系等进行初步研究，旨在利用分子生态学理论和研究方法揭示丛枝菌根真菌多样性及其与宿主植物之间相互适应和协同进化的一般规律，为更好地保护和利用这一重要的微生物资源提供理论依据。 通过比较与筛选，建立起丛枝菌根真菌痕量DNA快速、简便、高效的提取纯化方法——改良CTAB法。经PCR检测，所得DNA满足进一步研究的要求。 根据丛枝菌根真菌18s rRNA 小亚基核基因片段的特点，利用“科”特异性引物进行半巢式标记PCR (Labelled Primers-PCR，LP-PCR) 及单链构象多态性（Single-Stranded Conformation Polymorphism，SSCP）分析技术研究了长白山赤杨在属水平上表现出的多样性。另外，利用巢式PCR-RFLP技术，分别对来源于长白山不同海拔的四种赤杨菌根样品的AMF侵染情况及其系统进化进行了研究。利用AMF特异性PCR技术对我国东北地区四种非豆科树木和5种豆科树木菌根侵染情况和系统发育规律进行了研究 研究结果显示：赤杨根内AMF存在丰富的基因多样性。AMF的侵染有从宿主混乱性向宿主专一性发展的趋势。 长白山地区赤杨属植物至少有东北赤杨、西伯利亚赤杨和色赤杨三个树种在其“属”的水平上与共生的球囊霉科（Glomaceae）至少一个“种” 的丛枝菌根真菌，即根内球囊霉（Glomus intraradix），在“种”的水平上表现出不相关于宿主海拔高度的某种相互选择性。 东北赤杨AMF菌的宿主专一性水平最强，球囊霉属已成为东北赤杨的优势侵染类群；对于其余三种赤杨，AMF则出现宿主混乱现象。宿主因素比海拔因素对AMF侵染特异性的影响更为重要。 豆科与非豆科样本的混乱性都比较强，在特定植物和AMF属之间无特异侵染规律，相对来说，非豆科树木比豆科树木对于AMF的选择性要更强一些，更倾向于和球囊霉属与无梗孢囊霉属的AMF构建共生体.

有性繁殖在沙丘植被恢复中的作用

有性繁殖是植物适应干扰的重要机制。目前，人们对于植物如何从有性繁殖方面适应风沙环境还知之甚少。本论文以半干旱草原区的科尔沁沙地为对象，采用实验室分析、模拟试验、野外调查等方法，研究了种子形态及其功能意义、种子传播与植物沙生适应性的关系、埋藏种子萌发与沙丘植物更新的关系，探讨了沙丘土壤种子库时空格局、土壤种子库持久性与沙丘植被恢复的关系，揭示了生殖物候对植物沙生适应性的影响，探索了有性繁殖在多年生沙生植物适应风蚀中的作用。 研究结果表明：（1）沙生植物通过调节种子重量和形状降低种子位移，增大幼苗补充几率；（2）沙生植物通过将种子脱落推迟至“风季结束、雨季来临”时期，或者通过种子遇水溶出粘液粘沙增大重量，分摊干旱和风沙干扰给幼苗补充带来的风险，维持种群繁衍；（3）埋藏能调节沙生植物种子萌发时间和萌发率；（4）沙生植物通过生殖物候可塑性和延长结实期增强沙生适应性；（5）沙生植物具有持久种子库，能提供稳定种源；（6）多年生沙生植物可通过有性繁殖适应风蚀，入侵流动沙丘区。本研究为植物有性繁殖研究提供了方法论借鉴。根据研究结果我们提出了沙丘植被恢复和管理建议。

东北沼泽湿地的潜在分布对气候变化的响应

东北是我国沼泽分布最广泛、类型最多的地区，而该地区也是中国将来气温变化幅度较大的地区，气候趋于暖干化，这些都不利于沼泽的发育和存在。据CGCM3气候变化模型预测：到2100年，温室气体排放浓度增高（排放水平720ppm、大于720ppm和550ppm）的三种排放情景下，气温分别增高3.22℃、4.36℃和2.13℃，年降水量分别平均增长102mm、127mm和74mm，干燥度增大，变化的幅度和排放浓度极为一致。本文将Logistic模型结合CGCM3气候变化数据，以预测未来100年后沼泽湿地的潜在分布。 由于沼泽分布具有地带性和非地带性规律的特点，本文针对整个东北地区、东北山地和东北平原建立了三个Logistic模型，环境因子包括11种地形因子和7种气候因子。三个模型的ROC值分别为0.86、0.92 和0.76，这说明山地区模型的精度最高，平原区精度最低。概率阈值基于ROC曲线设定为0.23、0.24 和0.26。结合CGCM3，预测结果显示：100年后，沼泽分布都趋于减少，尤其在平原地区，沼泽可能会全部消失。在COMMIT模式下，虽然CO2浓度保持不变，但是气候变化造成的后果依然持续进行，平原地区沼泽大量消失，沼泽潜在分布面积将减少34.11%；在SRES B1情景下，沼泽潜在分布面积减少66.46%，南部平原和山地沼泽消失；SRES A1B情景下，沼泽潜在分布面积减少80.11%，松嫩平原、松辽平原、长白山、大兴安岭南部地区沼泽消失，三江平原和小兴安岭地区只有零星存在；SRES A2情景下，沼泽潜在分布面积减少了87.25%，只分布在大兴安岭北部和小兴安岭西部的沟谷地带，其它各地几乎全部消失。通过GIS手段计算沼泽潜在分布与环境因子的相关系数，在东北区域和山地区，影响最大的地形因子和气候因子分别是坡位和寒冷指数；在平原区，影响最大的地形因子和气候因子分别是与河流距离和温暖指数。 MODIS数据是近年来常用的一种适用于宏观区域的遥感数据源。本文利用Logistic模型，多时相数据配合地形辅助数据，对大兴安岭北部地区的沼泽进行提取，分类精度84.63%。利用该数据进行沼泽分布模拟，能取得更高的精度（ROC值为0.957）。模拟结果表明：CO2浓度增高的三种排放情景下，沼泽的潜在分布面积分别减少54.16%、59.62%和73.51%。沼泽分布由南向北、由两侧向中心萎缩，且分布趋于破碎化。

苯并（a）芘的微生物降解及其酶蛋白应答研究

本文以苯并(a)芘为目标污染物，探讨了母体化合物BaP及其次生代谢产物的连续降解的方法、降解过程和微生物的酶蛋白应答，并运用种子（小麦、白菜和萝卜）根伸长生长实验，考查了BaP的不同降解时期次生代谢产物造成的复合污染整体效应，旨在探讨BaP及其次生代谢产物的降解影响因素，减少其环境累积，为BaP污染环境的全面修复提供实验依据和理论基础。 在实验条件下，运用HPLC鉴定出真菌FZSY-1降解BaP的同时生成了三个次生代谢产物BP1,6-quinone, BP7,8-diol 和 3-OHBP；同时鉴定出真菌FZSY-2降解BaP的同时生成了两个代谢产物BP1,6-quinone 和 3-OHBP。 驯化微生物与氧化剂（KMnO4）的耦合降解系统对BaP及其代谢产物的连续降解效果好于单纯微生物降解。三个次生代谢产物中，BP1,6-quinone在环境中最易累积。同时提出了微生物与氧化剂协同的作用可以有效促进环境中持久有机污染物（尤其是高浓度，小面积污染）的连续降解。对于FZSY-1与氧化剂（KMnO4）耦合降解BaP，在TW80存在下，与对照（未加TW80）相比，在降解的前期（3天取样），BaP及其代谢产物的降解相对滞后；而在降解的后期（12天取样），BaP及其代谢产物的降解高于对照。 在不同BaP浓度下，检测了四种酶，C120、C230、CAT和PPO。三株细菌的CAT酶活与BaP的浓度无关；三株细菌的C230酶活都比较高；三株细菌的PPO酶活均较低。加入共代谢底物(琥珀酸钠)后，与对照(未加入共代谢底物)相比，C120、C230酶活明显提高。 以BaP以及FZSY-1（BZSY-2）降解BaP不同时期的复合降解产物（BaP，M6，M12，CK）为目标污染物，它们对小麦种子根伸长的抑制作用顺序为：M6﹥BaP﹥M12﹥CK。BaP，M6，M12，CK对白菜和萝卜种子根伸长的抑制作用顺序和小麦相同；同一目标污染物（M6）对这几种供试种子（小麦、白菜和萝卜）根伸长的抑制作用顺序为小麦﹥白菜﹥萝卜；三种植物种子根伸长抑制作用均表现为：真菌的M6﹥细菌的M6，真菌的M12﹥细菌的M12。

科尔沁沙地东南部固沙林土壤磷素研究

土壤养分的持续供应是生态系统可持续性发展的基础，尤其在土壤贫瘠地区。土壤磷素被认为是干旱区生态系统的潜在限制性养分因子，但目前半干旱区土壤磷素的深入研究很少。针对半干旱区生态系统恢复方式、人工防护林可持续性经营等关键问题，本论文旨在弄清处于半干旱区的科尔沁沙地东南部沙地人工林土壤磷素转化的主导过程及影响因素，并从土壤磷素可持续供应的角度来评价研究区生态系统的可持续发展。 以处于无人为干扰下、立地条件基本一致的科尔沁沙地东南部的有代表性的生态系统为研究对象，包括原生植被榆树（Ulmus macrocarpa）疏林草地，退化草地，油松（Pinus tubulaeformis Carr.）人工林、樟子松（Pinus svlvestris var. mongolica）人工林和小叶杨（Populus simonii）人工林。系统全面的研究了土壤磷素状况及其季节变化，并深入探讨了樟子松人工林土壤磷素转化及其影响因素（林龄、密度、土壤冻融）。主要结论如下： （1）研究区风沙土表层0~20 cm全磷（<0.2 g kg-1）和活性无机磷含量（<3 mg kg-1）都极低，有机磷占全磷的50%以上，是土壤磷的主要组分。凋落物分解、有机磷矿化和微生物周转是有效磷的主要来源，与这些过程有关的土壤的生物过程控制着土壤磷素转化。Ca-P（钙结合的磷酸盐）的溶解也是速效磷的次要来源，而Al-P（铝结合的磷酸盐）和Fe-P（铁结合的磷酸盐）是活性无机磷库。凋落物分解对有效磷供应起首要作用（尤其在人工林中），凋落物分解的年磷归还量是10 cm层矿质土壤有效磷供应量的1.7~3.4倍。 （2）土壤含水量是影响土壤磷素供应的关键环境因子，而冻融作用对土壤微生物磷和活性无机磷含量无显著影响。 （3）与各人工林相比，榆树疏林草地具有高效的养分循环和较强的土壤磷素保持能力，其退化大幅度降低了土壤持水能力和肥力。而在退化草地上营造以针叶树种为主的人工纯林及针阔混交林进一步降低了土壤全磷含量。从土壤磷素可持续供应的角度来看，在干旱贫瘠地区不宜营造高密度的人工林。研究区的植被恢复，应该选取磷素利用效率高，而养分周转较快的植被类型。这样，不需要集中的人为管理，就能使生态系统达到一种自我维持的良性循环状态。 （4）樟子松的生长受到土壤磷素供应的限制，当年生叶片无机磷浓度比全磷浓度能更准确、直接地反映土壤供磷水平的变化。为满足林分的需求，樟子松的根系活动能够增强根际微生物和磷酸酶活性以促进有机磷的矿化，同时能降低根际土壤pH值以促进Ca-P的溶解。随着林分的发展，活性无机磷含量无显著变化，但土壤磷库（主要是总有机磷）逐渐耗竭，有机磷的矿化潜力也逐渐降低。这表明，随着林分发展，磷素对樟子松人工林的限制性逐渐增强。 （5）为保证已有人工林的可持续发展，必须通过间伐、保护地被物、施肥来调节养分需求与归还之间的平衡，维持地力，保证土壤养分的持续供应。其中保护林下凋落物尤为重要。为防止地力衰退，该地区樟子松林的最大密度（以每公顷胸高断面积为密度指标）应保持在24.1~26.6 m2 ha-1。

微生物固定化方法修复多环芳烃污染土壤

针对传统游离微生物修复技术的缺点和弊端，提出了采用固定化微生物技术修复受多环芳烃污染的非流体介质的新课题。本文筛选出2株高效降解菌，并进行了固定化载体筛选，优化并确定了3种固定化工艺。通过实验室模拟实验，考察了固定化菌对PAHs污染非流体介质的修复能力，最后通过扫描电子显微镜（SEM）分析，对固定化微环境强化修复机制进行了初步探讨。 细菌芽孢杆菌（Bacillus sp.，SB02）和真菌毛霉（Mucor sp.，SF06）对土壤中的Pyr、BaP降解率高，降解速率快，为高效降解微生物。 碱化后的泥炭土适宜作为细菌固定化载体；玉米芯适宜作为真菌固定化载体；改性后蛭石适宜作为混合菌固定化载体。这些载体来源广泛，成本低廉，工艺简单，安全无毒。 将固定化菌应用于Pyr、BaP污染土壤的修复，考察了初始接种量、环境温度、土壤含水量对固定化菌降解Pyr、BaP的影响，固定化菌对不同系列浓度Pyr、BaP的降解，以及固定化菌在不灭菌土壤中对Pyr、BaP的降解，表明固定化菌对土壤中Pyr和BaP的降解率均高出游离菌20%，固定化混和菌降解效果最好，其次是固定化真菌，再次是固定化细菌。 SEM分析了固定化颗粒的微观结构和微生物在颗粒内部的形态变化，结果表明颗粒内部丰富的疏松多孔结构和巨大的比表面积为微生物提供了适宜的生存空间，使吸附固定化成为可能。 固定化菌对沈抚灌区PAHs污染土壤修复效果非常理想，经过6个月，土壤中总PAHs的去除率达70.3%，高于游离菌。

土壤低剂量PAHs污染生态毒理诊断指标研究

本文探讨了蚯蚓细胞色素P450作为生物标记物诊断土壤低剂量PAHs污染的可行性，主要以蚯蚓P450含量和AHH活性二项指标为主，开展“土壤低剂量PAHs污染敏感生态毒理诊断指标研究”，并结合其它分子毒理诊断指标，通过指示敏感性比较，最终建立土壤低剂量PAHs污染早期诊断的敏感生物标记指标或指标组合，为土壤污染早期诊断奠定基础。 蚯蚓P450含量测定方法研究表明，在强化预处理的基础上，通过微粒体增溶、物理分离和解剖后内脏直接测定等去干扰手段均可实现P450含量的测定。通过三种方法的比较，最终确定内脏直接测定法为最佳方法。在此基础上，对CO通气量进一步优化，确保P450含量的准确定性和定量。 低剂量PAHs胁迫下蚯蚓细胞色素P450响应研究表明，P450含量和AHH活性两指标随暴露时间的增加总体上表现为“先诱导后抑制”的响应规律，且响应因PAHs的不同而存在差异，对芘的指示效应最强，荧蒽次之，菲最弱，与其毒性大小相关。其中，AHH对PAHs的指示作用优于P450含量，两指标的响应情况显示了它们作为生物标记物的可行性。为增强污染诊断的灵敏性和有效性，可将蚯蚓P450含量和特异性同工酶活性联合，彼此互为补充，共同应用于土壤污染生态毒理诊断中。 低剂量PAHs胁迫下，参比指标的响应情况与P450相比结果显示，P450含量和AHH活性的指示效应最明显；SOD和POD活性的指示次之；GST和CAT活性虽表现出指示效应，但并不是对三种PAHs都具有指示效果；MDA含量对低剂量PAHs的指示性最差。不同指标对污染物的指示敏感性存在差异，因而在进行土壤污染生态毒理诊断时，应选用多指标联合，彼此相互补充，以适应不同污染状况下的污染诊断。酶活性对毒物暴露的响应在时间上是一个动态变化过程，单一时段的暴露结果可能不足以揭示污染物的毒性效应，选择多时段检测对污染暴露的灵敏指示尤为重要。 应用蚯蚓生化指标对沈阳污灌区土壤进行毒性诊断，结果表明P450、AHH、GST、POD和CAT五个指标通过不同时段的检测均可对供试土壤显示出指示效应；而SOD和MDA两指标均出现“漏诊”现象。同实验室条件下低剂量污染情况相比，P450含量和POD的指示效果在两种情况下均较好；AHH、SOD在实验室条件下的指示更为优越；而GST、CAT和MDA更适合于污染物复杂的实际土壤诊断。研究结果从实际应用的角度再一次证实，任何一种指标若采用单时段的检测均存在其污染诊断的“盲区”。在进行实际环境污染诊断时，采用多指标和多时段检测是不可或缺的。

土壤中PAHs的光催化降解动力学及机制研究

本文以土壤为介质，以三环的菲（Phe）、四环的芘（Pyr）和五环的苯并[a]芘（BaP）为目标污染物，研究了紫外灯照射下土壤中多环芳烃（PAHs）的降解，并以半导体纳米TiO2和Fe2O3为催化剂研究了土壤中PAHs的催化降解，对光降解及光催化降解的动力学进行了研究，在室内条件下考察了土壤条件和环境因子对光降解及光催化降解PAHs的影响；研究了太阳光照条件下土壤pH值对光降解和催化降解的影响和腐殖酸对光降解的影响；初步探讨了纳米TiO2催化光降解土壤中PAHs的机制。 研究结果表明：土壤中PAHs的紫外光降解符合一级动力学模型，土壤中PAHs光降解与土壤厚度呈显著负相关，土壤粒径对紫外光解PAHs有显著影响，温度从20 ℃升高到30 ℃，光解速率逐渐增加，在PAHs污染土壤的光降解中腐殖酸起敏化作用，随着紫外辐射强度的增加，光降解速率加快。 纳米TiO2和Fe2O3均能促进土壤中PAHs的紫外光降解，PAHs光催化降解符合一级动力学模型，在酸性和碱性土壤条件下，光催化降解PAHs的速率均高于中性，在不同光质条件下，TiO2 、Fe2O3催化光降解PAHs的速率发生变化，随着紫外辐射强度的增加，光催化降解速率常数增加，半衰期减少；腐殖酸促进TiO2 、Fe2O3催化土壤中PAHs的光降解，腐殖酸在这个过程中起着敏化作用。 在太阳光照射下酸性和碱性土壤中PAHs的降解快于中性，PAHs污染土壤中在加入腐殖酸后光降解速率加快，在酸性条件下催化降解最快，在碱性和中性条件下相差不大。 土壤中PAHs存在着PAH的光致电离、电子向O2的转移的两种降解途径；在有催化剂TiO2条件下，由于催化剂在光照后形成的电子-空穴能够氧化还原污染物，PAH的光致电离、电子向O2的转移的引起的降解，共同促进了土壤中PAHs的光催化降解。